Шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры

 

ССЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН (19) (11) А1 (5D 4 Н 05 К 7/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

- 13

-5. Г слг

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3868844/24-21 (22) 20.03.85 (46) 07.02.87. Бюл. Р 5 (72) А.Г .Кузин, В.И.Шаранок, Е.И.Рыбалов, С.С.Хайнацкий и А.Н.Очеретяный (53) 621.396.67.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1050!44, кл. Н 05 К ?/20, 05.07.82, Авторское свидетельство СССР

Ф 978398, кл. Н 05 К 7/20, 13.10.80. (54) ШКАФ ДЛЯ ОХЛАКЩЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ (57). Изобретение относится к устройствам для охлаждения тепловыделяющей аппаратуры с различными уровнями тепловыделения, размещенной в шкафах (И или стойках. Цель изобретения — повышение эффективности охлаждения и плотности компоновки радиоэлектронной аппаратуры. Она достигается тем, что в Ш с теплоотводящими каналами для охлаждающей среды, теплапроводньми рамами и теплообменником 6, выполнены дополнительные охлаждающие элементы 10Э . В канавках 17 между теплообменными трубами 16 установлены вентиляторы 18, выполненны yrvoasie вертикальные каналы 21 с вентиляторами 22, а боковые вертикальные

7,8 каналы выполнены с чередующимися по высоте корпуса диффузорно-конфу- сЯ зорными 23 и гладкими 24 участками.

Все ОЭ соединены таким образом, что

1288947!

Ш имеет дна контура охлаждения. Изобретение позволяет обеспечить возможность распределения охлаждающего воздуха по секциям, осуществить локальное охлаждение теплонагруженных блоИзобретение относится к устройствам для охлаждения тепловыделяющей аппаратуры, преимущественно РЭА с различными уровнями тепловыделения размещаемой н шкафах или стойках.

Цель изобретения — повышение эффективности охлаждения и плотности компоновки.

На фиг.1 изображен шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — разрез

Б-Б на фиг.1 (с частичным вырывом); на фиг.4 — разрез В-В на фиг.1.; на фиг.5 — разрез Г-Г на фиг.1 (с частичным BbIpbIBOM) на фиг.6 — узел

I на фиг.5.

Шкаф содержит верхнее ) и нижнее

2 основания, заднюю стенку 3 и две боковые стенки 4 и 5, которые образуют корпус, расположенные в корпусе теплообменник 6, два боковых верти— кальных 7 и 8 (для жидкого теплоносителя, например воды) и один задний 9 (для отвода нагретого воздуха) теплоотводящие каналы для охлаждающих сред, полость 10 для забора воздуха вентиляторами (фиг. 1 и 2).

Между боковыми стенками 4 и 5 внутри корпуса размещены горизонтальные теп лопронодные рамы li, выполняющие роль дополнительных теплообменникон.

Теплообменник 6 снабжен закрывающим его со всех сторон кожухом 12. Для ввода нагретого воздуха из заднего нертикального канала 9 н задней стен— ке кожуха 12 выполнено отверстие 13 теплообменника 6 (фиг.2), а для вывода охлажденного воздуха в полость

10 основание 14 теплообменника 6 снабжено окном 15. В теплообменнике

6 расположены оребренные теплообменные трубы 16 с каналами для жидкого теплоносителя. с кон (Б), ликвидировать застойные зоHbI между Б и в зазорах между ними и стенками корпуса, обеспечивая турбулизацию потоков хладагента. 3 з.п. ф — лы, 6 ил.

Между трубами 16 размещены каналы !7, в которых установлены вентиля— торы 18, Каналы 17 соединяют полость

10 с секциями 19, заполненными РЭА 20 (блоки питания, аналоговые устройст- . ва, попупроводниковые ЗУ на ИС и т.д. с уровнями тепловыделения от 100 Вт до 3 кВт).

Внутри шкафа дополнительно установлены дна угловых вертикальных канала 21 (фиг.1 и 3) для подачи охлажденного воздуха, на входе которых установлены вентиляторы 22, сообщающиеся с теплообменником 6 через полость 10 для забора воздуха и окно

15 основания его кожуха.

Вертикальные боковые каналы 7 и

8 выполнены с чередующимися по высоте корпуса диффузорно-конфузорными

23 и гладкими 24 участками (фиг.1) .

Каждый диффузорно-конфузорный участок 23 образован двумя поперечными гофрами 25 и 26 скругленной формы, выполненными на внутренней 27 и внешней 28 стенках боковых каналов 7 и 8, выпуклыми частями навстречу друг другу. На вершинах каждого гофра 25 и 26 выполнены сквозные отверстия

29 (фиг.4). Вогнутая часть гофров 25 наружных стенок 28 вертикальных боко— вых каналов 7 и 8 заглушена пластинами 30 с образованием поперечных замкнутых полостей — каналов 31 для подачи охлажденного воздуха (фиг.3 и 4) . Каналы 31 открыты с одного конца и сообщены с вертикальными угловы1 ми каналами 21 через отверстия 32 в их вертикальных стенках (фиг.4) .

Горизонтальные теплопронодные рамы 11 выполнены иэ теплообменных трубок 33, которые имеют герметичные внутренние полости 34 (Лиг.4), концы которых расположены н полости боковых вертикальных каналов 7 и 8 и герметично соединены своими

3 12889 стенками с внутренними стенками боковых вертикальных каналов.

Перфорированные каналы 35 с открытыми концами и с негерметичными полостями 36 пропущены через соосные отверстия 29 противолежащих гофров

25 и 26, герметично соединены стенками своих концов с внутренними и внешними стенками вертикальных боковых каналов и имеют в своих стенках 10 сквозные отверстия 37 для локальной .подачи охлажденного воздуха из боковых каналов 31 к блокам и отдельным силовым радиоэлементам, расположенным в секциях 19 (фиг.l и 4). При 15 этом каналы 35 могут быть составными и выполнены на участке между отверстиями 29 противолежащих гофров

25 и 26, например, в видесильфона 38.

Кроме. того, количество трубок 33 и каналов 35 в рамах 11 может быть .различным и зависит от мощности рассеяния блоков в каждой секции 19 или уменьшается в каждой раме сверху 25 вниз по высоте шкафа в случае, если блоки в отсеках размещены сверху вниз в порядке уменьшения тепловыделения.

Трубы 16 теплообменника б пропуще- 30 ны через отверстия в боковых стенках его кожуха 12 и отверстия 29 гофров, ориентированных вогнутыми частями внутрь корпуса, герметично соединены своими стенками по периметрам отверстий гофров и введены в полости вертикальных боковых каналов

7 и 8 (фиг.1,5 и б). При этом внутренняя полость 39 труб 16 герметично заглушена. 40

Внутренняя поверхность стенок полостей 34 трубок 33 (фиг.4) и полостей 39 труб 16 (фиг.5 и 6) покрыта -слоем 40 материала с капиллярно- 45 пористой структурой, например металлической сеткой или спеченным металлическим войлоком, пропитанным жидким теплоносителем, например аммиаком, дистиллированной водой нли спир- 50 том.

В верхней части корпуса выполнена. полость 41 для установки разъемов.

Теплоотводящий канал 9 на задней стенке 3 образован перегородкой 42, 55 между которой и задней стенкой 3 в верхней части корпуса имеется щель

43 для вентиляции (фиг.2).

47 4

Шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры работает следующим образом.

При включении РЭА на полную мощность отвод тепла от всех радиоэлементов и блоков осуществляется преимущественно двумя способами: принудительной конвекцией — обдувом принудительными воздушными потоками, проходящими по двум замкнутым контурам; кондуктивным охлаждением— теплопередачей через разъемные тепловые соединения к рамам, теплообменные трубки которых выполняют функции эффективных кондуктивных теплостоков.

Первый воздушный контур. Из теплообменника 6 с оребренными трубами 16 через окно 15 и полость 10 вентиляторы 18 вытягивают охлажденный воздух и направляют его в секции 19, в которые воздух проходит последовательно снизу вверх, отбирая тепло от электронных приборов и нагреваясь, выходит в полость 41, где через щель 43 направляется в задний теплоотводящий канал 9, проходя по которому и отдавая часть тепла через заднюю стенку 3 окружающей среде, поступает через отверстие 13 в теплообменник 6, где охлаждается, отдавая тепло теплоносителю. Далее через окно 15 в основании 14 кожуха воздух выходит в полость 10 и через каналы 17 охлажденный с помощью вентиляторов 18 вновь подается в секции 19.

Кроме того, воздух дополнительно охлаждается, когда проходит через рамы ll, отдавая тепло трубкам 33 и через зазоры между стенками блоков и поверхностью стенок 27 вертикальных боковых каналов 7 и 8, отдавая тепло стенкам 27. При этом теплоотдача интенсифицируется за счет турбулизации потоков на вогнутой части гофров 26.

Второй воздушный контур. Из теплообменника 6 с оребренными трубами 16 через окно 15 и полость 10 вентиляторы 22 вытягивают охлажденный воздух и направляют его в вертикальные угловые каналы 21 и через отверстия

32 в горизонтальные боковые каналы

31 (фиг.3 и 4). Далее через отверстия 29 охлажденный воздух попадает во внутренние полости 36 каналов 35 и через отверстия 37 в виде струй!

288947 направляется на радиоэлементы, установленные на платах, или на корпуса блоков, отбирая от них тепло и ликвидируя застойные зоны. Скорость случайных воздушных потоков, выходящих из отверстий 37, находится в пределах от 10 до 20 м/с, что позволяет в 3-5 раз умвйьшить перегрев радиоэлементов (микросхем). Затем нагретый воздух выходит в полость 41, где через щель 43 направляется в задний вертикальный канал 9, проходя по которому и отдавая часть тепла через заднюю стенку 3 окружающей среде, поступает через отверстие 13 в теплообменник 6, где охлаждается, отдавая тепло теплоносителю..Далее через окно 15 в основании 14 кожуха воздух выходит в полость 10 и с помощью вентиляторов 22 вновь подается в угловые вертикальные каналы

21. Таким образом, циркуляция охлажденного воздуха по второму контуру обеспечивает возможность распределения охлажденного воздуха по блокам и секциям в соответствии с их мощностью рассеяния; осуществление локального охлаждения наиболее теплонагруженных радиоэлектронных блоков посредством струйного обдува, что позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи от нагретых зон и уменьшить перегрев радиоэлементов и соз,дание потоков охлаждающего воздуха, ликвидирующих застойные зоны между блоками и в зазорах между блоками и внутренней поверхностью стенок корпу. са, что также уменьшает перегрев радиоэлементов.

В полости боковых вертикальных кaналов 7 и 8 подается жидкий теплоноситель, например вода, из централизованной магистрали. Благодаря процессу теплопередачи тепло от блоков (корпусов и торцов плат) передается рамам 11, состоящим из трубок 33 и каналов 35, выполняющим функции кондуктивных теплостоков. Далее тепло по трубкам 33 и каналам 35 поступает на стенки 27 и 28 боковых каналов 7 и 8, в сильфоны 38 и на введенные в полости боковых каналов концы трубок 33 (фиг.1 и 4), с поверхностей которых тепло уносится прокачиваемым теплоносителем. При этом на конфузорной части каждого. диффузорно-конфузорного участка 23 скорость теплоносителя возрастает и достигает максимального значения в самом узком сечении, т.е..в месте перехода конфузорной (суживающейся) части в диффузорную (расширяющуюся) — в плос кости, проходящей через образующие вершин противолежащих гофров 25 и

2б (фиг.1). Поэтому расположение концов трубок 33 и сильфонов 38, последние из которых являются составными частями каналов 35, в области наиI больших скоростей теплоносителя интенсифицирует теплопередачу по пути: радиоэлектронные блоки — трубки 33 и каналы 35 — внутренние полости боковых каналов 7 и 8, что повьппает эффективность охлаждения.

Кроме того, стенки горизональных боковых каналов 31 находятся в области максимальных коэффициентов теплоотдачи между теплоносителем и стенками диффузорно-конфузорных участков

23, что способствует дополнительному охлаждению воздуха, нагнетаемого вентиляторами 22 и направляемого для

25 локального охлаждения электрорадиоэлементов и корпусов блоков.

Когда РЭЛ 20 работает не на полную мощность, вентиляторы 18 или

22 отключаются. В этом случае циркуляция воздуха идет по первому или по второму контуру, соответственно.

Повьш ение эффективности достигнуто за счет обеспечения возможности распределения охлаждающего воздуха

35 по секциям, осуществления локального охлаждения теплонагруженных блоков, ликвидации застойных зон между блоками и в зазорах между блоками и стенками корпуса, обеспечения тур40 булизации потоков хладагента.

Повьппение плотности компоновки достигнуто благодаря повышению эффективности использования внутреннего обьема шкафа за счет размещения

45 дополнительных каналов для хладагента без изменения габаритов шкафа, повышения теплопроводящей способности теплопроводных рам, на которых размещаются блоки РЭА.

Формула изобретения

1.Шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, содержащий откры55 тый с одной стороны и образованный стенками и двумя параллельными основаниями корпус, вдоль стенок которого размещены боковые и задний ка1288947

15rS палы для охлаждающей среды, установленные в корпусе перпендикулярна

его боковым стенкам теплаправадные рамы и теплообменник, выполненный сообщающимся с задним вертикальным каналом через отверстия в задней стенке и со сквозными каналами, размещенными между трубами теплаабменника, в которых установлены вентилято ры, отличающийся тем, чта, с целью повышения эффективности охлаждения и плотности компановки, шкаф снабжен перфорированными горизонтальными каналами и сообщающимися через окно основания с теплообменником дополнительными угловыми вертикальными каналами с вентиляторами, установленными на их входе, вертикальные боковые каналы выполнены с чередующимися по их высоте гладкими и диффузарно-конфузорными участками и с поперечными замкнутыми полостями на их внешней стороне, образованными поперечными гофрами его противолежащих внутренних и внешних стенок, которые направлены навстречу один другому, причем теплопроводные рамы выполнены в виде герметичных теплаабменных трубок, концы которых расположены в боковых вертикальных каналах и герметична соединены своими стенками с внутренними стенками боковых вертикальных каналов и перфорированных каналов, сообщающихся с внутренним объемом шкафа и с поперечными замкнутыми полостями боковых каналов и герметична соединенных стенками своих концов с внутренними и внешними стенками вертикальных боковых канагlO B

10 2. 111кафпа п.1, а тл ич ающ и Й с я тем, что внутренняя lIQ верхность герметичных теплообменных трубок покрыта слоем материала с капиллярна-пористой структурой, пропитанной жидким теплоносителем.

3. Шкаф па п.1, о т л и ч а юшийся тем, что перфорированные горизонтальные каналы на участке между внутренними и внешними стенка20 ми вертикальных боковых каналов выполнены в виде сильфанов.

4. 111каф па п.1, а т л и ч а ю— ш и и с я тем, чта каналы труб теплаабменника располсжены в полостях

25 боковых вертикальных. каналов, а их стенки герметично соединены с внутренними стенками вертикальных боковых каналов, причем внутренняя поверхность труб покрыта слоем из материала с капиллярно-пористой структурой, пропитанной жидким теплоносителем.

1288947,77

Составитель С.Дудкин

Редактор О.Юрковецкая Техред И. Попович

Корректор Е.Сирохман

Заказ 7825/60 Тираж 823

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4